การวิจัยครั้งนี้มีวัตถุประสงค์ 1) เพื่อศึกษาข้อมูลพื้นฐานและความต้องการจำเป็นในการพัฒนาจัดการเรียนรู้วิทยาศาสตร์ ชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 3 2) เพื่อพัฒนาชุดกิจกรรมโครงงานวิทยาศาสตร์ โดยเน้นแนวคิด STEM Education สำหรับนักเรียนชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 3 ให้มีประสิทธิภาพตามเกณฑ์ 3) เพื่อศึกษาประสิทธิผลการใช้ชุดกิจกรรมโครงงานวิทยาศาสตร์ โดยเน้นแนวคิด STEM Education ตามประเด็นต่อไปนี้ 3.1) เพื่อเปรียบเทียบผลสัมฤทธิ์ทางการเรียนก่อนเรียนและหลังเรียน 3.2) เพื่อศึกษาระดับความคิดสร้างสรรค์ของนักเรียน หลังเรียนและก่อนเรียน 3.3) เพื่อศึกษาความสามารถในการทำโครงงานวิทยาศาสตร์ ประชากรและกลุ่มตัวอย่าง ได้แก่นักเรียนชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 3 ทั้งหมดจำนวน 12 ห้องเรียน จำนวน 482 คน โรงเรียนบัวขาว อำเภอกุฉินารายณ์ จังหวัดกาฬสินธุ์ ภาคเรียนที่ 1 ปีการศึกษา 2559 กลุ่มตัวอย่างในการวิจัย ได้แก่นักเรียนชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 3/3 จำนวน 41 คน โรงเรียนบัวขาว อำเภอกุฉินารายณ์ จังหวัดกาฬสินธุ์ ภาคเรียนที่ 1 ปีการศึกษา 2559 ที่ได้มาจากวิธีการ สุ่มอย่างง่ายโดยการจับสลากใช้ห้องเรียนเป็นหน่วยในการสุ่ม เครื่องมือที่ใช้ในการวิจัยประกอบด้วย แผนการจัดการเรียนรู้จำนวน 19 แผน ชุดกิจกรรมโครงงานวิทยาศาสตร์ จำนวน 6 ชุด แบบทดสอบวัดผลสัมฤทธิ์ทางการเรียน เรื่อง ระบบนิเวศ แบบทดสอบวัดความคิดสร้างสรรค์ และแบบประเมินผลงานโครงงานวิทยาศาสตร์ สถิติที่ใช้ในการวิเคราะห์ข้อมูล ได้แก่ , S.D. ร้อยละ และ t-test (Dependent Sample)
ผลการวิจัยพบว่า
1. ผลการศึกษาข้อมูลพื้นฐานและความต้องการจำเป็นในการพัฒนาจัดการเรียนรู้
วิทยาศาสตร์ ชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 3 พบว่า การจัดการเรียนรู้ยังมุ่งเน้นความคิดรวบยอดในเนื้อหาบทเรียน ขาดโอกาสในการคิดสังเคราะห์เพื่อเชื่อมโยงและสร้างความรู้ด้วยตนเอง รวมทั้งการคิดหาคำตอบด้วยวิธีการที่หลากหลายตามแนวคิดใหม่ ที่แตกต่างน่าสนใจ ผู้เรียนยังขาดความมั่นใจในตนเองและขาดการมีปฏิสัมพันธ์กับเพื่อนในชั้นเรียนที่ เชื่อมโยงให้มีแรงจูงใจ และความพร้อมนำไปสู่การคิดสร้างสรรค์ในการเรียนวิทยาศาสตร์ให้บรรลุผล ส่วนมากครูไม่ได้จัดกิจกรรมการเรียนรู้ตามแนวทางสะเต็มศึกษา และด้านการจัดการเรียนการสอนโครงงานวิทยาศาสตร์ มีปัญหานักเรียนทำโครงงานยังไม่ถูก ไม่มีความคิดริเริ่มสร้างสรรค์ ส่วนมากจะค้นคว้าจากอินเทอร์เน็ต
2. ชุดกิจกรรมโครงงานวิทยาศาสตร์ โดยเน้นแนวคิด STEM Education สำหรับนักเรียน
ชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 3 มีประสิทธิภาพดังนี้ ชุดที่ 1 มีประสิทธิภาพ 85.26/84.41 ชุดที่ 2 มีประสิทธิภาพ 85.17/83.9 ชุดที่ 3 มีประสิทธิภาพ 84.48/88.04 ชุดที่ 4 มีประสิทธิภาพ 84.73/85.85 ชุดที่ 5 มีประสิทธิภาพ 84.68/83.90 และ ชุดที่ 6 มีประสิทธิภาพ 86.85/87.56
3. ประสิทธิผลการใช้ชุดกิจกรรมโครงงานวิทยาศาสตร์ โดยเน้นแนวคิด STEM Education ตามประเด็นต่อไปนี้
3.1 ผลสัมฤทธิ์ทางการเรียนก่อนเรียนและหลังเรียน ด้วยชุดกิจกรรมโครงงานวิทยาศาสตร์ โดยเน้นแนวคิด STEM Education สำหรับนักเรียนชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 3 หลังเรียนสูงกว่าก่อนเรียน
อย่างมีนัยสำคัญทางสถิติที่ระดับ 0.05
3.2 ความคิดสร้างสรรค์ของนักเรียน หลังเรียนด้วยชุดกิจกรรมโครงงานวิทยาศาสตร์ โดย
เน้นแนวคิด STEM Education สำหรับนักเรียนชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 3 หลังเรียนสูงกว่าก่อนเรียนอย่างมีนัยสำคัญทางสถิติที่ระดับ 0.05
3.3 ความสามารถในการทำโครงงานวิทยาศาสตร์ของนักเรียนชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 3 ที่เรียนด้วยชุดกิจกรรมโครงงานวิทยาศาสตร์ โดยเน้นแนวคิด STEM Education พบว่า คุณภาพผลงานของนักเรียนมีคะแนนเฉลี่ย 417.6 จากคะแนนเต็ม 500 คะแนน คิดเป็นร้อยละ 83.52 ระดับคุณภาพดียอดเยี่ยมเมื่อพิจารณารายกลุ่ม อยู่ในระดับดียอดเยี่ยมทุกกลุ่ม